JP2015072885A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマ化される処理ガスを供給するための経路の電界強度を低減すること。
【解決手段】プラズマ処理装置は、処理空間を画成する処理容器と、プラズマ励起用のマイクロ波を発生するマイクロ波発生器とを備える。また、プラズマ処理装置は、処理空間を密閉するように処理容器に装着され、マイクロ波発生器によって発生されるマイクロ波を処理空間に導入する誘電体部材を備える。また、プラズマ処理装置は、誘電体部材の内部に設けられ、マイクロ波によりプラズマ化される処理ガスを誘電体部材に形成された貫通孔を介して処理空間に供給するインジェクタを備える。また、プラズマ処理装置は、誘電体部材の貫通孔を囲むようにインジェクタの内部に配置され、貫通孔に向けて誘電体部材の内部を伝搬するマイクロ波をインジェクタの内部側に導波する誘電体製の導波板を備える。
【選択図】図２

Description

本発明の種々の側面及び実施形態はプラズマ処理装置に関するものである。

半導体の製造プロセスでは、薄膜の堆積又はエッチング等を目的としたプラズマ処理が広く行われている。近年のプラズマ処理においては、処理ガスをプラズマ化するためにマイクロ波を利用したプラズマ処理装置が用いられることがある。

マイクロ波を利用したプラズマ処理装置は、マイクロ波発生器を用いてプラズマ励起用のマイクロ波を発生する。また、プラズマ処理装置は、処理空間を密閉するように処理容器に装着された誘電体部材によって、プラズマ励起用のマイクロ波を処理空間へ導く。また、プラズマ処理装置は、誘電体部材の内部に設けられたインジェクタによって、処理ガスを誘電体部材に形成された貫通孔を介して処理空間に供給する。インジェクタ及び誘電体部材の貫通孔は、処理ガスを処理空間に供給するための経路（以下適宜「ガス供給経路」という）を構築する。ガス供給経路から処理空間に供給された処理ガスは、誘電体部材を介して処理空間に導入されたマイクロ波によってプラズマ化される。

ところで、このようなプラズマ処理装置においては、処理ガスを処理空間に供給するためのガス供給経路にマイクロ波が侵入することによって電界強度が増大するので、ガス供給経路へのマイクロ波の侵入を抑えることが望まれる。この点、特許文献１では、ガス供給経路の一部となるインジェクタの周囲に導電性の電界遮蔽部材を設け、この電界遮蔽部材を用いてガス供給経路へのマイクロ波の侵入を遮断することが開示されている。

特開２０１２−２３８８４５号公報

しかしながら、従来技術のように、導電性の電界遮蔽部材を用いてガス供給経路へのマイクロ波の侵入を遮断するだけでは、電界遮蔽部材を乗越えてガス供給経路に侵入するマイクロ波が発生するため、ガス供給経路の電界強度が増大する恐れがある。ガス供給経路の電界強度が過剰に増大すると、ガス供給経路内において異常放電が起こる可能性がある。

本発明の一側面に係るプラズマ処理装置は、処理空間を画成する処理容器と、プラズマ励起用のマイクロ波を発生するマイクロ波発生器とを備える。また、プラズマ処理装置は、前記処理空間を密閉するように前記処理容器に装着され、前記マイクロ波発生器によって発生されるマイクロ波を前記処理空間に導入する誘電体部材を備える。また、プラズマ処理装置は、前記誘電体部材の内部に設けられ、前記マイクロ波によりプラズマ化される処理ガスを前記誘電体部材に形成された貫通孔を介して前記処理空間に供給するインジェクタを備える。また、プラズマ処理装置は、前記誘電体部材の前記貫通孔を囲むように前記インジェクタの内部に配置され、前記貫通孔に向けて前記誘電体部材の内部を伝搬する前記マイクロ波を前記インジェクタの内部側に導波する誘電体製の導波板を備える。

本発明の種々の側面及び実施形態によれば、プラズマ化される処理ガスを供給するための経路の電界強度を低減することができるプラズマ処理装置が実現される。

図１は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。 図２は、第１の実施形態に係るインジェクタ及び誘電体部材の貫通孔を拡大して示す断面図である。 図３は、第１の実施形態に係るインジェクタを軸線Ｘ方向から見た平面図である。 図４Ａは、第１の実施形態におけるシミュレーションモデルについて示す図である。 図４Ｂは、第１の実施形態におけるシミュレーションモデルについて示す図である。 図５Ａは、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果（導波板の数に応じた電界強度のシミュレーション結果）を示す図である。 図５Ｂは、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果（導波板の数に応じた電界強度のシミュレーション結果）を示す図である。 図５Ｃは、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果（導波板の数に応じた電界強度のシミュレーション結果）を示す図である。 図６は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果（導波板の数に応じた電界強度のシミュレーション結果）を示す図である。 図７Ａは、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果（導波板の数に応じた電界強度のシミュレーション結果）を示す図である。 図７Ｂは、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果（導波板の数に応じた電界強度のシミュレーション結果）を示す図である。 図７Ｃは、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果（導波板の数に応じた電界強度のシミュレーション結果）を示す図である。 図８は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果（導波板の数に応じた電界強度のシミュレーション結果）を示す図である。 図９Ａは、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果（導波板の厚みに応じた電界強度のシミュレーション結果）を示す図である。 図９Ｂは、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果（導波板の厚みに応じた電界強度のシミュレーション結果）を示す図である。 図９Ｃは、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果（導波板の厚みに応じた電界強度のシミュレーション結果）を示す図である。 図９Ｄは、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果（導波板の厚みに応じた電界強度のシミュレーション結果）を示す図である。 図９Ｅは、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果（導波板の厚みに応じた電界強度のシミュレーション結果）を示す図である。 図９Ｆは、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果（導波板の厚みに応じた電界強度のシミュレーション結果）を示す図である。 図１０は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果（導波板の厚みに応じた電界強度のシミュレーション結果）を示す図である。 図１１は、変形例に係る導波板を含んだインジェクタを軸線Ｘ方向から見た平面図である。 図１２は、第２の実施形態に係るインジェクタ及び誘電体部材の貫通孔を拡大して示す断面図である。 図１３は、マイクロ波の相殺のメカニズムについて説明するための説明図である。 図１４Ａは、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果を検証するためのシミュレーションモデルについて示す図である。 図１４Ｂは、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果を検証するためのシミュレーションモデルについて示す図である。 図１４Ｃは、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果を検証するためのシミュレーションモデルについて示す図である。 図１４Ｄは、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果を検証するためのシミュレーションモデルについて示す図である。 図１５は、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果（複数の導波板の形状に応じた電界強度のシミュレーション結果）について示す図である。 図１６は、第３の実施形態に係るインジェクタ及び誘電体部材の貫通孔を拡大して示す断面図である。 図１７は、マイクロ波の遮断のメカニズムについて説明するための説明図である。 図１８Ａは、第３の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果を検証するためのシミュレーションモデルについて示す図である。 図１８Ｂは、第３の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果を検証するためのシミュレーションモデルについて示す図である。 図１８Ｃは、第３の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果を検証するためのシミュレーションモデルについて示す図である。 図１８Ｄは、第３の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果を検証するためのシミュレーションモデルについて示す図である。 図１９は、第３の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果（誘電体部材の貫通孔付近の形状に応じた電界強度のシミュレーション結果）について示す図である。 図２０は、第３の実施形態の変形例１に係るインジェクタ及び誘電体部材の貫通孔を拡大して示す断面図である。 図２１は、第３の実施形態の変形例２に係るインジェクタ及び誘電体部材の貫通孔を拡大して示す断面図である。

以下、図面を参照して開示するプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付すこととする。

開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、処理空間を画成する処理容器と、プラズマ励起用のマイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、処理空間を密閉するように処理容器に装着され、マイクロ波発生器によって発生されるマイクロ波を処理空間に導入する誘電体部材と、誘電体部材の内部に設けられ、マイクロ波によりプラズマ化される処理ガスを誘電体部材に形成された貫通孔を介して処理空間に供給するインジェクタと、誘電体部材の貫通孔を囲むようにインジェクタの内部に配置され、貫通孔に向けて誘電体部材の内部を伝搬するマイクロ波をインジェクタの内部側に導波する誘電体製の導波板とを備えた。

また、開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、誘電体部材は、誘電体部材の処理空間を密閉する面と反対側の面に形成され、インジェクタが収容される収容凹部と、収容凹部と処理空間とを連通させる貫通孔と、貫通孔を囲むように収容凹部に形成された溝部とを有し、インジェクタは、誘電体部材の貫通孔に処理ガスを供給する貫通孔が形成された本体部と、本体部から誘電体部材の溝部に向けて隆起する隆起部とを有し、導波板は、インジェクタの隆起部に埋設されることによって、誘電体部材の貫通孔を囲むようにインジェクタの内部に配置される。

また、開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、誘電体部材は、誘電体部材の処理空間を密閉する面に、誘電体部材の貫通孔を囲むように形成された第２の溝部を有する。

また、開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、導波板は、誘電体部材の貫通孔から離れる方向に沿ってインジェクタの内部に複数配置される。

また、開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、複数の導波板のうち少なくとも一つの導波板は、該少なくとも一つの導波板に隣接する他の導波板とは高さが異なる。

また、開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、複数の導波板のうち少なくとも一つの導波板は、該少なくとも一つの導波板に隣接する他の導波板とは厚みが異なる。

また、開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、複数の導波板のうち少なくとも一対の導波板は、該少なくとも一対の導波板に隣接する他の一対の導波板とは間隔が異なる。

また、開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、各導波板は、誘電体部材の貫通孔の周囲を周回する方向に沿って所定の間隙を空けて互いに隣接する複数の断片を含み、各断片は、他の導波板に含まれる断片どうしの間隙を遮蔽する位置に配置される。

また、開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、導波板の内部を伝搬するマイクロ波の波長をλとすると、導波板の高さは、λ／４である。

また、開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、導波板の内部を伝搬するマイクロ波の波長をλとすると、導波板の厚みは、λ／８以上λ／４以下である。

また、開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、処理空間を画成する処理容器と、プラズマ励起用のマイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、処理空間を密閉するように処理容器に装着され、マイクロ波発生器によって発生されるマイクロ波を処理空間に導入する誘電体部材と、誘電体部材の内部に設けられ、マイクロ波によりプラズマ化される処理ガスを誘電体部材に形成された貫通孔を介して処理空間に供給するインジェクタとを備え、誘電体部材は、誘電体部材の処理空間を密閉する面に、誘電体部材の貫通孔を囲むように形成された溝部を有する。

また、開示するプラズマ処理装置は、１つの実施形態において、貫通孔は、誘電体部材に着脱自在に取り付けられ、誘電体部材の一部となる誘電体製の部材に形成される。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。図１に示すプラズマ処理装置１０は、処理容器１２、ステージ１４、誘電体部材１６、アンテナ１８、同軸導波管２０、インジェクタ２２、及び、配管部材２４を備えている。

処理容器１２は、被処理基体Ｗにプラズマ処理を行うための処理空間Ｓを画成している。処理容器１２は、側壁１２ａ、及び、底部１２ｂを含み得る。側壁１２ａは、軸線Ｘ方向に延在する略筒形状を有している。底部１２ｂは、側壁１２ａの下端側に設けられている。底部１２ｂには、排気用の排気孔１２ｈが設けられている。側壁１２ａの上端部は開口している。

側壁１２ａの上端部開口は、誘電体窓とも称される誘電体部材１６によって閉じられている。誘電体部材１６は、処理空間Ｓを密閉するように処理容器１２に装着される。この誘電体部材１６と側壁１２ａの上端部との間にはＯリング２８が介在していてもよい。このＯリング２８により、処理容器１２の密閉がより確実なものとなる。

プラズマ処理装置１０は、更にマイクロ波発生器３０を備え得る。マイクロ波発生器３０は、例えば２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波を発生する。マイクロ波発生器３０は、チューナー３０ａを有している。マイクロ波発生器３０は、導波管３２及びモード変換器３４を介して、同軸導波管２０の上部に接続されている。

同軸導波管２０は、軸線Ｘに沿って延びている。同軸導波管２０は、外側導体２０ａ及び内側導体２０ｂを含んでいる。外側導体２０ａは、軸線Ｘ方向に延びる筒形状を有している。外側導体２０ａの下端は、冷却ジャケット３６の上部に電気的に接続され得る。内側導体２０ｂは、外側導体２０ａの内側に設けられている。内側導体２０ｂは、軸線Ｘに沿って延びている。内側導体２０ｂの下端は、アンテナ１８のスロット板１８ｂに接続している。

アンテナ１８は、誘電体板１８ａ及びスロット板１８ｂを含んでいる。誘電体板１８ａは、略円板形状を有している。誘電体板１８ａは、例えば、石英又はアルミナから構成され得る。誘電体板１８ａは、スロット板１８ｂと冷却ジャケット３６の下面の間に狭持されている。アンテナ１８は、したがって、誘電体板１８ａ、スロット板１８ｂ、及び、冷却ジャケット３６の下面によって構成され得る。

スロット板１８ｂは、複数のスロットが形成された略円板状の金属板である。本実施形態においては、アンテナ１８は、ラジアルラインスロットアンテナであってもよい。即ち、本実施形態においては、スロット板１８ｂには、複数のスロット対が形成されている。各スロット対は、互いに交差又は直交する方向に延びる二つのスロットを含んでいる。複数のスロット対は、軸線Ｘを中心にして径方向に所定の間隔で配置され、また、周方向に所定の間隔で配置され得る。マイクロ波発生器３０により発生されたマイクロ波は、同軸導波管２０を通って、誘電体板１８ａに伝播され、スロット板１８ｂのスロットから誘電体部材１６に導入される。

誘電体部材１６は、略円板形状を有しており、例えば、石英又はアルミナから構成されている。誘電体部材１６は、ステージ１４と軸線Ｘ方向において対面するように設けられており、また、スロット板１８ｂの直下に設けられている。誘電体部材１６は、アンテナ１８から受けたマイクロ波を透過して処理空間Ｓ内に導入する。これにより、誘電体部材１６の直下に電界が発生し、処理空間Ｓ内にプラズマが発生する。このように、プラズマ処理装置１０によれば、磁場を加えずにマイクロ波を用いてプラズマを発生させることが可能である。

本実施形態においては、誘電体部材１６の下面は、凹部１６ｄを画成し得る。凹部１６ｄは、軸線Ｘ周りに環状に設けられており、テーパ形状を有している。この凹部１６ｄは、導入されたマイクロ波による定在波の発生を促進するために設けられており、マイクロ波によるプラズマを効率的に生成することに寄与し得る。

プラズマ処理装置１０では、内側導体２０ｂは、軸線Ｘに沿って延びる筒形状を有し得る。この内側導体２０ｂの内部には、配管部材２４が挿入され得る。配管部材２４の一端には、ガス供給系４０が接続されている。ガス供給系４０は、マスフローコントローラといった流量制御器４０ａ及び開閉弁４０ｂから構成され得る。本実施形態においては、ガス供給系４０からの処理ガスが配管部材２４を介してインジェクタ２２に供給される。インジェクタ２２は、配管部材２４からの処理ガスを誘電体部材１６に形成された貫通孔１６ａに供給する。誘電体部材１６の貫通孔１６ａに供給された処理ガスは、処理空間Ｓに供給される。すなわち、インジェクタ２２は、処理ガスを誘電体部材１６の貫通孔１６ａを介して処理空間Ｓに供給する。なお、インジェクタ２２及び誘電体部材１６の貫通孔１６ａの詳細については後述で説明する。

本実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、別のガス供給部４２を更に備え得る。ガス供給部４２は、ガス管４２ａを含む。ガス管４２ａは、誘電体部材１６とステージ１４との間において軸線Ｘ周りに、環状に延在している。ガス管４２ａには、軸線Ｘに向かう方向にガスを噴射する複数のガス噴射孔４２ｂが設けられている。このガス供給部４２は、ガス供給系４４に接続されている。

ガス供給系４４は、ガス管４４ａ、開閉弁４４ｂ、及び、マスフローコントローラといった流量制御器４４ｃを含んでいる。ガス供給部４２のガス管４２ａには、流量制御器４４ｃ、開閉弁４４ｂ、及びガス管４４ａを介して、処理ガスが供給される。なお、ガス管４４ａは、処理容器１２の側壁１２ａを貫通している。ガス供給部４２のガス管４２ａは、当該ガス管４４ａを介して、側壁１２ａに支持され得る。

ステージ１４は、アンテナ１８と当該ステージ１４との間に処理空間Ｓを挟むように設けられている。このステージ１４上には、被処理基体Ｗが載置される。本実施形態においては、ステージ１４は、台１４ａ、フォーカスリング１４ｂ、及び、静電チャック１４ｃを含み得る。

台１４ａは、筒状支持部４６に支持されている。筒状支持部４６は、絶縁性の材料で構成されており、底部１２ｂから垂直上方に延びている。また、筒状支持部４６の外周には、導電性の筒状支持部４８が設けられている。筒状支持部４８は、筒状支持部４６の外周に沿って処理容器１２の底部１２ｂから垂直上方に延びている。この筒状支持部４６と側壁１２ａとの間には、環状の排気路５０が形成されている。

排気路５０の上部には、複数の貫通孔が設けられた環状のバッフル板５２が取り付けられている。排気孔１２ｈの下部には排気管５４を介して排気装置５６が接続されている。排気装置５６は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有している。排気装置５６により、処理容器１２内の処理空間Ｓを所望の真空度まで減圧することができる。

台１４ａは、高周波電極を兼ねている。台１４ａには、マッチングユニット６０及び給電棒６２を介して、ＲＦバイアス用の高周波電源５８が電気的に接続されている。高周波電源５８は、被処理基体Ｗに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した一定の周波数、例えば、１３．６５ＭＨｚの高周波電力を所定のパワーで出力する。マッチングユニット６０は、高周波電源５８側のインピーダンスと、主に電極、プラズマ、処理容器１２といった負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器を収容している。この整合器の中に自己バイアス生成用のブロッキングコンデンサが含まれている。

台１４ａの上面には、静電チャック１４ｃが設けられている。静電チャック１４ｃは、被処理基体Ｗを静電吸着力で保持する。静電チャック１４ｃの径方向外側には、被処理基体Ｗの周囲を環状に囲むフォーカスリング１４ｂが設けられている。静電チャック１４ｃは、電極１４ｄ、絶縁膜１４ｅ、及び、絶縁膜１４ｆを含んでいる。電極１４ｄは、導電膜によって構成されており、絶縁膜１４ｅと絶縁膜１４ｆの間に設けられている。電極１４ｄには、高圧の直流電源６４がスイッチ６６および被覆線６８を介して電気的に接続されている。静電チャック１４ｃは、直流電源６４より印加される直流電圧により発生するクーロン力によって、被処理基体Ｗを吸着保持することができる。

台１４ａの内部には、周方向に延びる環状の冷媒室１４ｇが設けられている。この冷媒室１４ｇには、チラーユニット（図示せず）より配管７０，７２を介して所定の温度の冷媒、例えば、冷却水が循環供給される。冷媒の温度によって静電チャック１４ｃの伝熱ガス、例えば、Ｈｅガスがガス供給管７４を介して静電チャック１４ｃの上面と被処理基体Ｗの裏面との間に供給される。

ここで、図２及び図３を参照して、インジェクタ２２及び誘電体部材１６の貫通孔１６ａについてより詳細に説明する。図２は、第１の実施形態に係るインジェクタ及び誘電体部材の貫通孔を拡大して示す断面図である。図３は、第１の実施形態に係るインジェクタを軸線Ｘ方向から見た平面図である。

図２及び図３に示すように、誘電体部材１６には、軸線Ｘに沿って上方から順に収容凹部１６ｓ及び貫通孔１６ａが形成されている。貫通孔１６ａは、収容凹部１６ｓと処理空間Ｓとを連通させている。

収容凹部１６ｓは、誘電体部材１６の、処理空間Ｓを密閉する面と反対側の面に形成される。収容凹部１６ｓには、インジェクタ２２が収容される。また、収容凹部１６ｓには、貫通孔１６ａを囲むように環状の溝部１６ｉが形成される。溝部１６ｉは、第１の溝部の一例である。

インジェクタ２２は、誘電体部材１６の収容凹部１６ｓにおいて、配管部材２４の先端の下方に収容される。インジェクタ２２は、導電体製であり、軸線Ｘを中心軸とする略円板状に形成される。インジェクタ２２は、例えば、アルミニウム又はステンレス製である。

インジェクタ２２は、本体部２２ａと、隆起部２２ｂとを有する。本体部２２ａには、配管部材２４側の表面から貫通孔１６ａ側の表面まで延在する貫通孔２２ｃが形成される。貫通孔２２ｃは、配管部材２４からの処理ガスを誘電体部材１６の貫通孔１６ａに供給する。隆起部２２ｂは、本体部２２ａから誘電体部材１６の溝部１６ｉに向けて隆起する。すなわち、貫通孔１６ａを囲む誘電体部材１６の溝部１６ｉに向けて導電体製の隆起部２２ｂが隆起されることによって、隆起部２２ｂは、貫通孔１６ａに向けて誘電体部材１６の内部を伝搬するマイクロ波を遮蔽する電界遮蔽部材として機能する。

インジェクタ２２の内部には、導波板２３が設けられる。導波板２３は、誘電体製であり、軸線Ｘを中心軸とする略円筒状に形成される。導波板２３は、例えば、アルミナ又は石英製である。導波板２３は、誘電体部材１６を構成する誘電体と同一の誘電体若しくは異なる誘電体により形成される。例えば、誘電体部材１６及び導波板２３をアルミナで形成することができる。また、誘電体部材１６を石英で、導波板２３をアルミナで形成することができる。

導波板２３は、誘電体部材１６の貫通孔１６ａを囲むようにインジェクタ２２の内部に配置される。詳細には、導波板２３は、インジェクタ２２の隆起部２２ｂに埋設されることによって、誘電体部材１６の貫通孔１６ａを囲むようにインジェクタ２２の内部に配置される。より詳細には、導波板２３は、一端面が誘電体部材１６の溝部１６ｉ側に露出された状態でインジェクタ２２の隆起部２２ｂに埋設されることによって、誘電体部材１６の貫通孔１６ａを囲むようにインジェクタ２２の内部に配置される。導波板２３の溝部１６ｉ側に露出された一端面は、誘電体部材１６に接触するように配置されてもよい。導波板２３は、貫通孔１６ａに向けて誘電体部材１６の内部を伝搬するマイクロ波を誘電体部材１６の溝部１６ｉ側に露出された一端面からインジェクタ２２の内部側の他端面に導波する。導波板２３によってマイクロ波がインジェクタ２２の内部側に導波されると、インジェクタ２２の内部においてマイクロ波の定在波が発生し、マイクロ波どうしが互いに相殺し合う。換言すれば、導波板２３によってマイクロ波がインジェクタ２２の内部側に導波されることによって、マイクロ波が誘電体部材１６の貫通孔１６ａに到達し難くなる。

また、導波板２３の内部を伝搬するマイクロ波の波長をλとすると、導波板２３の高さＬは、λ／４である。導波板２３の高さＬは、誘電体部材１６の溝部１６ｉ側に露出された導波板２３の一端面から、インジェクタ２２の隆起部２２ｂに埋め込まれた導波板２３の他端面までの距離である。すなわち、導波板２３の高さＬをλ／４とすることによって、導波板２３によってインジェクタ２２の内部側に導波されたマイクロ波の定在波の発生率が向上するので、マイクロ波どうしの相殺が促進される。

また、導波板２３の内部を伝搬するマイクロ波の波長をλとすると、導波板２３の厚みｔは、λ／８以上λ／４以下である。すなわち、導波板２３の厚みｔをλ／８以上λ／４以下とすることによって、マイクロ波が導波板２３を介してインジェクタ２２の内部側に導波され易くなる。

導波板２３は、誘電体部材１６の貫通孔１６ａから離れる方向に沿ってインジェクタ２２の内部に複数配置される。より詳細には、導波板２３は、円板状のインジェクタ２２の径方向に沿ってインジェクタ２２の内部に複数配置される。本実施形態では、３個の導波板２３が、円板状のインジェクタ２２の径方向に沿ってインジェクタ２２の内部に配置される。各導波板２３は、インジェクタ２２の径方向の内側に向けて誘電体部材１６の内部を伝搬するマイクロ波をインジェクタ２２の内部側に導波する。これにより、インジェクタ２２の径方向の内側に向けて誘電体部材１６の内部を伝搬するマイクロ波が誘電体部材１６の貫通孔１６ａに到達し難くなる。

本実施形態のようにインジェクタ２２の内部に導波板２３を配置することにより、誘電体部材１６の貫通孔１６ａへ到達するマイクロ波の増大を抑えることができる。その結果、本実施形態によれば、プラズマ化される処理ガスを供給するための経路となる誘電体部材１６の貫通孔１６ａの電界強度を低減することができるので、貫通孔１６ａにおいて異常放電が起こることを防止することができる。

また、本実施形態によれば、導波板２３は、誘電体部材１６の溝部１６ｉに向けて隆起する、インジェクタ２２の隆起部２２ｂに埋設されることによって、インジェクタ２２の内部に配置される。このため、本実施形態によれば、貫通孔１６ａに向けて誘電体部材１６の内部を伝搬するマイクロ波をインジェクタ２２の隆起部２２ｂによって遮蔽しつつ、導波板２３を介してインジェクタ２２の内部側に導波することができる。その結果、本実施形態によれば、プラズマ化される処理ガスを供給するための経路となる誘電体部材１６の貫通孔１６ａの電界強度をより一層低減することができる。

なお、上述の説明では、導波板２３は、誘電体部材１６の貫通孔１６ａから離れる方向に沿ってインジェクタ２２の内部に複数配置される実施形態を一例として示したが、これには限られない。導波板２３は、インジェクタ２２の内部に１つのみ配置されても良い。

次に、図４〜図１０を参照して、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置１０による効果について説明する。ここでは、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置１０による効果（シミュレーション結果）を説明する前に、第１の実施形態におけるシミュレーションモデルについて説明する。図４Ａ及び図４Ｂは、第１の実施形態におけるシミュレーションモデルについて示す図である。

図４Ａに示したシミュレーションモデル１００は、図２に示した断面図の右半分に対応するモデルである。具体的には、シミュレーションモデル１００は、モデル１０１〜１０６を含む。モデル１０１は、外側導体２０ａと内側導体２０ｂとの間の空間に対応するモデルである。モデル１０２は、アンテナ１８の誘電体板１８ａに対応するモデルである。モデル１０３は、誘電体部材１６に対応するモデルである。モデル１０４は、処理空間Ｓに対応するモデルである。モデル１０５は、誘電体部材１６の収容凹部１６ｓとインジェクタ２２との間の空間に対応するモデルである。モデル１０６は、導波板２３に対応するモデルである。

シミュレーションモデル１００のシミュレーション条件は、モデル１０１に投入されるマイクロ波の電力、すなわち、外側導体２０ａと内側導体２０ｂとの間の空間に投入されるマイクロ波の電力を３０００（Ｗ）とした。また、シミュレーションモデル１００のシミュレーション条件は、モデル１０４の電子密度、すなわち、処理空間Ｓの電子密度を０（個／ｍ３）とした。すなわち、シミュレーションモデル１００のシミュレーション条件は、誘電体部材１６に対応するモデル１０３と処理空間Ｓに対応するモデル１０４との境界面にマイクロ波が吸収されることを示す。

図４Ｂに示したシミュレーションモデル２００は、基本的には図４Ａに示したシミュレーションモデル１００に対応するモデルである。シミュレーションモデル２００は、モデル１０４に代えてモデル２０４を含む点、並びに、モデル２０４に適用するシミュレーション条件がシミュレーションモデル１００と異なる。

シミュレーションモデル２００のシミュレーション条件は、モデル２０４の電子密度、すなわち、処理空間Ｓの電子密度を８．０Ｅ＋１６（個／ｍ３）以上とした。すなわち、シミュレーションモデル２００のシミュレーション条件は、誘電体部材１６に対応するモデル１０３と処理空間Ｓに対応するモデル２０４との境界面にマイクロ波が吸収され、かつ、マイクロ波の一部が該境界面に反射されることを示す。ここで、マイクロ波によって励起されたプラズマは誘電体と仮定し、プラズマの誘電率は電子密度の関数として計算した。

なお、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、誘電体部材１６に対応するモデル１０３には、電界強度を測定する対象となる領域として、誘電体部材１６の貫通孔１６ａに対応する測定領域Ｍが設定されたものとする。

なお、図４Ａ及び図４Ｂは、インジェクタ２２の内部に１つの導波板２３が配置された場合を示したものであるので、導波板２３に対応するモデル１０６の数が１つとなっている。インジェクタ２２の内部に導波板２３が配置されていない場合をシミュレーションする場合には、モデル１０６の数を０とする。また、インジェクタ２２の内部に２つ以上の導波板２３が配置された場合をシミュレーションする場合には、モデル１０６の数を２つ以上とする。

図５Ａ〜図５Ｃ及び図６は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果（導波板の数に応じた電界強度のシミュレーション結果）を示す図である。図５Ａ〜図５Ｃは、図４Ａに示したシミュレーションモデル１００における、導波板の数に応じた電界強度のシミュレーション結果である。図５Ａのシミュレーション結果は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置１０において、インジェクタ２２の内部に１つの導波板２３が配置された場合の、インジェクタ２２及び誘電体部材１６の貫通孔１６ａ周辺における電界強度のシミュレーション結果である。図５Ｂのシミュレーション結果は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置１０において、インジェクタ２２の内部に２つの導波板２３が配置された場合の、インジェクタ２２及び誘電体部材１６の貫通孔１６ａ周辺における電界強度のシミュレーション結果である。一方、図５Ｃのシミュレーション結果は、比較例として、インジェクタ２２の内部に導波板２３が配置されていない場合の、インジェクタ２２及び誘電体部材１６の貫通孔１６ａ周辺における電界強度のシミュレーション結果である。図６は、図５Ａ〜図５Ｃのシミュレーション結果のうち、誘電体部材１６の貫通孔１６ａに対応する測定領域Ｍにおけるシミュレーション結果である。

図５Ｃ及び図６に示すように、導波板２３が配置されていない場合、測定領域Ｍの電界強度、すなわち、誘電体部材１６の貫通孔１６ａの電界強度は、「１３２４．０」（Ｖ／ｍ）となり、あらかじめ定められた許容スペックを満たすものではなかった。これは、貫通孔１６ａに向けて誘電体部材１６の内部を伝搬するマイクロ波のうち、インジェクタ２２の隆起部２２ｂを乗り越えて貫通孔１６ａに到達するマイクロ波が増大したためであると考えられる。

これに対して、図５Ａ及び図６に示すように、１つの導波板２３が配置された場合、測定領域Ｍの電界強度、すなわち、誘電体部材１６の貫通孔１６ａの電界強度は、「２２９．６」（Ｖ／ｍ）となり、あらかじめ定められた許容スペックを満たすものであった。また、図５Ｂ及び図６に示すように、２つの導波板２３が配置された場合、誘電体部材１６の貫通孔１６ａの電界強度は、「５９．４」（Ｖ／ｍ）となり、あらかじめ定められた許容スペックを満たすものであった。つまり、導波板２３を配置することにより、インジェクタ２２の隆起部２２ｂを乗り越えて貫通孔１６ａへ到達するマイクロ波が増大することを抑制することができた。その結果、１つの導波板２３が配置された場合、導波板２３が配置されていない場合と比較して、誘電体部材１６の貫通孔１６ａの電界強度を低減することができた。また、２つの導波板２３が配置された場合、１つの導波板２３が配置された場合と比較して、誘電体部材１６の貫通孔１６ａの電界強度をさらに低減することができた。

図７Ａ〜図７Ｃ及び図８は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果（導波板の数に応じた電界強度のシミュレーション結果）を示す図である。図７Ａ〜図７Ｃは、図４Ｂに示したシミュレーションモデル２００における、導波板の数に応じた電界強度のシミュレーション結果である。図７Ａのシミュレーション結果は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置において、インジェクタ２２の内部に１つの導波板２３が配置された場合の、インジェクタ２２及び誘電体部材１６の貫通孔１６ａ周辺における電界強度のシミュレーション結果である。図７Ｂのシミュレーション結果は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置において、インジェクタ２２の内部に２つの導波板２３が配置された場合の、インジェクタ２２及び誘電体部材１６の貫通孔１６ａ周辺における電界強度のシミュレーション結果である。一方、図７Ｃのシミュレーション結果は、比較例として、インジェクタ２２の内部に導波板２３が配置されていない場合の、インジェクタ２２及び誘電体部材１６の貫通孔１６ａ周辺における電界強度のシミュレーション結果である。図８は、図７Ａ〜図７Ｃのシミュレーション結果のうち、誘電体部材１６の貫通孔１６ａに対応する測定領域Ｍにおけるシミュレーション結果である。図８において、横軸は、シミュレーションモデル２００のモデル２０４に適用される電子密度（個／ｍ３）であり、縦軸は、電界強度（Ｖ／ｍ）である。なお、図８の破線で囲まれる領域が、図５Ａ〜図５Ｃにおける測定領域Ｍに対応する。

図７Ａ〜図７Ｃ及び図８に示すように、１つの導波板２３が配置された場合、導波板２３が配置されていない場合と比較して、誘電体部材１６の貫通孔１６ａの電界強度を低減することができた。また、２つの導波板２３が配置された場合、１つの導波板２３が配置された場合と比較して、誘電体部材１６の貫通孔１６ａの電界強度をさらに低減することができた。すなわち、処理空間Ｓの電子密度が設定されたシミュレーションモデル２００を用いたシミュレーション結果では、処理空間Ｓの電子密度が設定されていないシミュレーションモデル１００を用いたシミュレーション結果と同様の傾向が得られた。

図９Ａ〜図９Ｆ及び図１０は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果（導波板の厚みに応じた電界強度のシミュレーション結果）を示す図である。図９Ａ〜図９Ｆは、図４Ａに示したシミュレーションモデル１００における、導波板の厚みに応じた電界強度のシミュレーション結果である。図９Ａ及び図９Ｂのシミュレーション結果は、図２及び図３においてインジェクタ２２の内部に１つの導波板２３が配置され、導波板２３及び誘電体部材１６がアルミナ製であるプラズマ処理装置１０を前提にしている。前提となるプラズマ処理装置１０において、導波板２３の内部を伝搬するマイクロ波の波長λは、３９（ｍｍ）である。

図９Ａのシミュレーション結果は、前提となるプラズマ処理装置１０において、導波板２３の厚みｔをλ／８以上λ／４以下である６（ｍｍ）とした場合の、インジェクタ２２及び誘電体部材１６の貫通孔１６ａ周辺における電界強度のシミュレーション結果である。図９Ｂのシミュレーション結果は、前提となるプラズマ処理装置１０において、導波板２３の厚みｔをλ／８以上λ／４以下である８（ｍｍ）とした場合の、インジェクタ２２及び誘電体部材１６の貫通孔１６ａ周辺における電界強度のシミュレーション結果である。

一方、図９Ｃのシミュレーション結果は、比較例として、前提となるプラズマ処理装置１０において、導波板２３の厚みｔをλ／４を超える１０（ｍｍ）とした場合の、インジェクタ２２及び誘電体部材１６の貫通孔１６ａ周辺における電界強度のシミュレーション結果である。図９Ｄのシミュレーション結果は、比較例として、前提となるプラズマ処理装置１０において、導波板２３の厚みｔをλ／４を超える１２（ｍｍ）とした場合の、インジェクタ２２及び誘電体部材１６の貫通孔１６ａ周辺における電界強度のシミュレーション結果である。図９Ｅのシミュレーション結果は、比較例として、前提となるプラズマ処理装置１０において、導波板２３の厚みｔをλ／４を超える１４（ｍｍ）とした場合の、インジェクタ２２及び誘電体部材１６の貫通孔１６ａ周辺における電界強度のシミュレーション結果である。図９Ｆのシミュレーション結果は、比較例として、前提となるプラズマ処理装置１０において、導波板２３の厚みｔをλ／８より小さい２（ｍｍ）とした場合の、インジェクタ２２及び誘電体部材１６の貫通孔１６ａ周辺における電界強度のシミュレーション結果である。

また、図１０は、図９Ａ〜図９Ｆのシミュレーション結果のうち、誘電体部材１６の貫通孔１６ａに対応する測定領域Ｍにおけるシミュレーション結果である。

図９Ｃ〜図９Ｅ及び図１０に示すように、導波板２３の厚みｔをλ／４を超える値とした場合、測定領域Ｍの電界強度、すなわち、誘電体部材１６の貫通孔１６ａの電界強度は、「５２９．７」（Ｖ／ｍ）以上となった。この誘電体部材１６の貫通孔１６ａの電界強度は、あらかじめ定められた許容スペックを満たすものではなかった。これは、導波板２３を介してインジェクタ２２の内部側に導波されたマイクロ波が導波板２３の外部に再び漏れ出し、誘電体部材１６の貫通孔１６ａに到達するマイクロ波が増大したためであると考えられる。

また、図９Ｆ及び図１０に示すように、導波板２３の厚みｔをλ／８より小さい値とした場合、測定領域Ｍの電界強度、すなわち、誘電体部材１６の貫通孔１６ａの電界強度は、「４６１．０」（Ｖ／ｍ）以上となった。この誘電体部材１６の貫通孔１６ａの電界強度は、あらかじめ定められた許容スペックを満たすものではなかった。これは、マイクロ波が導波板２３を介してインジェクタ２２の内部側に導波され難くなり、誘電体部材１６の貫通孔１６ａに到達するマイクロ波が増大したためであると考えられる。

これに対して、図９Ａ、図９Ｂ及び図１０に示すように、導波板２３の厚みｔをλ／８以上λ／４以下とした場合、測定領域Ｍの電界強度、すなわち、誘電体部材１６の貫通孔１６ａの電界強度は、「１５４．４」（Ｖ／ｍ）又は「２９５．４」（Ｖ／ｍ）となった。この誘電体部材１６の貫通孔１６ａの電界強度は、あらかじめ定められた許容スペックを満たすものであった。つまり、導波板２３の厚みｔをλ／８以上λ／４以下とすることにより、マイクロ波が導波板２３を介してインジェクタ２２の内部側に導波され易くなることが確認された。その結果、導波板２３の厚みｔをλ／８以上λ／４以下とした場合、導波板２３の厚みｔをλ／４を超える値とした場合と、導波板２３の厚みｔをλ／８より小さい値とした場合とに比較して、誘電体部材１６の貫通孔１６ａの電界強度を低減することができた。

以上説明してきたように、第１の実施形態のプラズマ処理装置によれば、インジェクタ２２の内部に導波板２３を配置しているので、誘電体部材１６の貫通孔１６ａへ到達するマイクロ波の増大を抑えることができる。その結果、第１の実施形態によれば、プラズマ化される処理ガスを供給するための経路となる誘電体部材１６の貫通孔１６ａの電界強度を低減することができるので、貫通孔１６ａにおいて異常放電が起こることを防止することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置について説明する。図１２は、第２の実施形態に係るインジェクタ及び誘電体部材の貫通孔を拡大して示す断面図である。第２の実施形態に係るプラズマ処理装置は、インジェクタ２２の内部に配置された複数の導波板２３の形状が第１の実施形態に係るプラズマ処理装置と異なるだけであり、その他の構成は第１の実施形態に係るプラズマ処理装置と同様である。したがって、以下では第１の実施形態と同様の構成については、その説明を省略する。

図１２に示すように、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置において、第１の実施形態と同様に、導波板２３は、誘電体部材１６の貫通孔１６ａから離れる方向、換言すれば、円板状のインジェクタ２２の径方向に沿ってインジェクタ２２の内部に複数配置される。本実施形態では、５個の導波板２３が、円板状のインジェクタ２２に沿ってインジェクタ２２の内部に配置される。図１２に示す例では、５個の導波板２３は、インジェクタ２２の径方向に沿って中心側から、導波板２３−１、導波板２３−２、導波板２３−３、導波板２３−４及び導波板２３−５で示されている。

ここで、第２の実施形態では、複数の導波板２３のうち少なくとも一つの導波板２３は、該少なくとも一つの導波板２３に隣接する他の導波板２３とは高さが異なる。例えば、複数の導波板２３は、インジェクタ２２の径方向に沿って中心側から離れるほど高さが高くなっている。図１２に示す例では、インジェクタ２２の径方向に沿って中心側から導波板２３−１、導波板２３−２、導波板２３−３、導波板２３−４及び導波板２３−５の順番で、導波板２３の高さＬが高くなっている。

本実施形態のように、少なくとも一つの導波板２３の高さを隣接する他の導波板２３の高さとは異ならせることにより、導波板２３の一端面からインジェクタ２２の内部側に導波されかつ導波板２３の他端面で反射されるマイクロ波の位相を多様化することができる。言い換えれば、本実施形態によれば、複数の導波板２３を用いて、互いに異なる位相を有する複数のマイクロ波の反射波を発生させることができる。したがって、本実施形態によれば、貫通孔１６ａに向けて誘電体部材１６の内部を伝搬するマイクロ波の進行波を、互いに異なる位相を有する複数のマイクロ波の反射波によって効率良く相殺することができる。その結果、本実施形態によれば、プラズマ化される処理ガスを供給するための経路となる誘電体部材１６の貫通孔１６ａの電界強度を効率良く低減することができるので、貫通孔１６ａにおける異常放電の発生を安定的に回避することができる。

ここで、図１３を用いて、少なくとも一つの導波板２３の高さと、隣接する他の導波板２３の高さとが異なる場合の、マイクロ波の相殺のメカニズムについて説明する。図１３は、マイクロ波の相殺のメカニズムについて説明するための説明図である。図１３では、複数の導波板２３のうち導波板２３−２と導波板２３−３とが示されている。図１３において、導波板２３の内部を伝搬するマイクロ波の波長をλとすると、複数の導波板２３のうち導波板２３−３の高さＬ１がλ／４であり、導波板２３−２の高さＬ２が導波板２３−３の高さＬ１とは異なるものとする。

図１３に示す例では、貫通孔１６ａに向けて誘電体部材１６の内部を伝搬するマイクロ波として、進行波Ｗ１と、進行波Ｗ２、反射波ＲＷ１と、反射波ＲＷ２とが存在する。進行波Ｗ１は、導波板２３によってインジェクタ２２の内部側に導波されることなく誘電体部材１６の内部を伝搬するマイクロ波である。また、進行波Ｗ２は、進行波Ｗ１が処理空間Ｓ内のプラズマで反射されて得られるマイクロ波である。処理空間Ｓ内のプラズマでの反射に伴って、進行波Ｗ２の位相は、進行波Ｗ１の位相に対してずれている。

また、反射波ＲＷ１は、誘電体部材１６の溝部１６ｉ側に露出された導波板２３−３の一端面からインジェクタ２２の内部側に導波されかつ導波板２３−３の他端面で反射されるマイクロ波である。導波板２３−３の高さＬ１がλ／４であるので、反射波ＲＷ１の位相は、図１３に示すように、進行波Ｗ１の位相に対してλ／２分（すなわち、π）だけずれている。このため、進行波Ｗ１は、反射波ＲＷ１によって相殺される。しかしながら、進行波Ｗ２の位相は、進行波Ｗ１の位相に対してずれているので、進行波Ｗ２は、反射波ＲＷ１によって相殺されない。

また、反射波ＲＷ２は、誘電体部材１６の溝部１６ｉ側に露出された導波板２３−２の一端面からインジェクタ２２の内部側に導波されかつ導波板２３−２の他端面で反射されるマイクロ波である。導波板２３−２の高さＬ２と、導波板２３−３の高さＬ１とが異なるので、反射波ＲＷ２の位相は、反射波ＲＷ１の位相とは異なっている。ここで、反射波ＲＷ２の位相が、進行波Ｗ２の位相に対してλ／２分（すなわち、π）だけずれているものとする。すると、反射波ＲＷ１によって相殺されなかった進行波Ｗ２は、反射波ＲＷ２によって相殺される。

このように、導波板２３−３の高さと、導波板２３−３に隣接する他の導波板２３−２の高さとが異なる場合、互いに異なる位相を有する複数のマイクロ波の反射波（例えば、反射波ＲＷ１，ＲＷ２）を発生させることが可能である。互いに異なる位相を有する複数のマイクロ波の反射波の発生数が増加するほど、貫通孔１６ａに向けて誘電体部材１６の内部を伝搬するマイクロ波の進行波（例えば、進行波Ｗ１，Ｗ２）が反射波によって相殺される可能性が高まる。そこで、本実施形態では、複数の導波板２３のうち少なくとも一つの導波板２３の高さを隣接する他の導波板２３の高さとは異ならせることにより、複数の導波板２３を用いて、互いに異なる位相を有する複数のマイクロ波の反射波を発生させる。したがって、本実施形態によれば、互いに異なる位相を有する複数のマイクロ波の反射波によって、貫通孔１６ａに向けて誘電体部材１６の内部を伝搬するマイクロ波の進行波を効率良く相殺することができる。その結果、本実施形態によれば、プラズマ化される処理ガスを供給するための経路となる誘電体部材１６の貫通孔１６ａの電界強度を効率良く低減することができるので、貫通孔１６ａにおける異常放電の発生を安定的に回避することができる。

なお、上述の説明では、複数の導波板２３は、インジェクタ２２の径方向に沿って中心側から離れるほど高さが高くなる例を示したが、これには限られない。例えば、複数の導波板２３は、インジェクタ２２の径方向に沿って中心側から離れるほど高さが低くなるようにしても良い。また、例えば、複数の導波板２３は、無作為に高さが異なるようにしても良い。要するに、複数の導波板２３のうち少なくとも一つの導波板が、該少なくとも一つの導波板に隣接する他の導波板とは高さが異なるようにすれば良い。

次に、図１４Ａ〜図１４Ｄ及び図１５を参照して、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果（複数の導波板の形状に応じた電界強度のシミュレーション結果）について説明する。図１４Ａ〜図１４Ｄは、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果を検証するためのシミュレーションモデルについて示す図である。

図１４Ａに示すように、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果を検証するための実施例１としてのシミュレーションモデル例１は、複数の導波板２３が、インジェクタの径方向に沿って中心側から離れるほど高さが高くなる場合を示す。また、図１４Ｂに示すように、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果を検証するための実施例２としてのシミュレーションモデル例２は、複数の導波板２３が、インジェクタの径方向に沿って中心側から離れるほど高さが低くなる場合を示す。

これに対して、図１４Ｃに示すように、比較例１としてのシミュレーションモデル例３は、１つの導波板２３がインジェクタの内部に配置された場合を示す。また、図１４Ｄに示すように、比較例２としてのシミュレーションモデル例４は、複数の導波板２３が、インジェクタの径方向に沿って高さが一定である場合を示す。

なお、シミュレーションモデル例１〜４のシミュレーション条件は、いずれも投入口から投入されるマイクロ波の電力を３０００（Ｗ）とした。

図１５は、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果（複数の導波板の形状に応じた電界強度のシミュレーション結果）について示す図である。図１５では、図１４Ａ及び図１４Ｂで示される実施例１，２、及び図１４Ｃ及び図１４Ｄで示される比較例１，２におけるシミュレーション結果を示した。図１５において、「Ｅｎｌａｒｇｅｄ+１ＦＩＮ（ｖｅｒ．１）」は、比較例１におけるシミュレーション結果である。また、「Ｅｎｌａｒｇｅｄ+５ＦＩＮ（ｖｅｒ．１）」は、比較例２におけるシミュレーション結果である。また、「Ｅｎｌａｒｇｅｄ+５ＦＩＮ（ｖｅｒ．２）」は、実施例１におけるシミュレーション結果である。また、「Ｅｎｌａｒｇｅｄ+５ＦＩＮ（ｖｅｒ．３）」は、実施例２におけるシミュレーション結果である。なお、図１５において、横軸は、処理空間Ｓの電子密度（１／ｍ３）であり、縦軸は、誘電体部材１６の貫通孔１６ａの電界強度（Ｖ／ｍ）である。

図１５に示すように、複数の導波板のうち少なくとも一つの導波板の高さが隣接する他の導波板の高さとは異なる実施例１及び２では、１つの導波板を用いた比較例１と比較して、特定の電子密度の範囲に亘る電界強度が小さくなった。さらに、複数の導波板のうち少なくとも一つの導波板の高さが隣接する他の導波板の高さとは異なる実施例１及び２では、高さが一定である複数の導波板を用いた比較例２と比較して、特定の電子密度の範囲に亘る電界強度が小さくなった。

このように、比較例１，２と、実施例１，２との比較から分かるように、実施例１及び２では、複数の導波板のうち少なくとも一つの導波板の高さを隣接する他の導波板の高さとは異ならせることで、１つの導波板を用いた場合や高さが一定である複数の導波板を用いた場合と比較して、誘電体部材１６の貫通孔１６ａの電界強度を低減可能となった。

以上説明してきたように、第２の実施形態のプラズマ処理装置によれば、複数の導波板２３のうち少なくとも一つの導波板の高さが隣接する他の導波板の高さとは異なるので、複数の導波板２３を用いて、互いに異なる位相を有する複数のマイクロ波の反射波を発生させることができる。したがって、第２の実施形態によれば、互いに異なる位相を有する複数のマイクロ波の反射波によって、貫通孔１６ａに向けて誘電体部材１６の内部を伝搬するマイクロ波の進行波を効率良く相殺することができる。その結果、第２の実施形態によれば、プラズマ化される処理ガスを供給するための経路となる誘電体部材１６の貫通孔１６ａの電界強度を効率良く低減することができるので、貫通孔１６ａにおける異常放電の発生を安定的に回避することができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係るプラズマ処理装置について説明する。図１６は、第３の実施形態に係るインジェクタ及び誘電体部材の貫通孔を拡大して示す断面図である。第３の実施形態に係るプラズマ処理装置は、誘電体部材１６の貫通孔１６ａ付近の形状が第１の実施形態に係るプラズマ処理装置と異なるだけであり、その他の構成は第１の実施形態に係るプラズマ処理装置と同様である。したがって、以下では第１の実施形態と同様の構成については、その説明を省略する。

図１６に示すように、第３の実施形態に係るプラズマ処理装置において、誘電体部材１６は、誘電体部材１６の、処理空間Ｓを密閉する面に、誘電体部材１６の貫通孔１６ａを囲むように形成された環状の溝部１６ｅを有する。溝部１６ｅは、貫通孔１６ａに向けて誘電体部材１６の内部を伝搬するマイクロ波を溝部１６ｅへ導く機能（以下「導波機能」という）を有する。溝部１６ｅの導波機能は、溝部１６ｅにおける電界強度を増大させる。すると、溝部１６ｅでは、プラズマの発生が促進され、結果として、溝部１６ｅで発生したプラズマによって、貫通孔１６ａに向けて誘電体部材１６の内部を伝搬するマイクロ波が遮断される。溝部１６ｅは、第２の溝部の一例である。

ここで、図１７を用いて、溝部１６ｅの導波機能によるマイクロ波の遮断のメカニズムについて説明する。図１７は、マイクロ波の遮断のメカニズムについて説明するための説明図である。

溝部１６ｅの導波機能によって溝部１６ｅにおける電界強度が増大されると、図１７に示すように、溝部１６ｅでプラズマＰの発生が促進される。溝部１６ｅで発生したプラズマＰは、貫通孔１６ａに向けて誘電体部材１６の内部を伝搬するマイクロ波Ｗ１０を遮断する。これにより、溝部１６ｅを乗越えて貫通孔１６ａに侵入するマイクロ波Ｗ１１の発生が抑制される。結果として、プラズマ化される処理ガスを供給するための経路となる誘電体部材１６の貫通孔１６ａの電界強度が低減され、貫通孔１６ａにおける異常放電の発生が回避される。

次に、図１８Ａ〜図１８Ｄ及び図１９を参照して、第３の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果（誘電体部材の貫通孔付近の形状に応じた電界強度のシミュレーション結果）について説明する。図１８Ａ〜図１８Ｄは、第３の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果を検証するためのシミュレーションモデルについて示す図である。

図１８Ａに示すように、第３の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果を検証するための実施例１としてのシミュレーションモデル例１は、誘電体部材１６の、処理空間Ｓを密閉する面に誘電体部材１６の貫通孔１６ａを囲むように２ｍｍ幅の溝部１６ｅが形成された場合を示す。また、図１８Ｂに示すように、第３の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果を検証するための実施例２としてのシミュレーションモデル例２は、誘電体部材１６の、処理空間Ｓを密閉する面に誘電体部材１６の貫通孔１６ａを囲むように４ｍｍ幅の溝部１６ｅが形成された場合を示す。また、図１８Ｃに示すように、第３の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果を検証するための実施例３としてのシミュレーションモデル例１は、誘電体部材１６の、処理空間Ｓを密閉する面に誘電体部材１６の貫通孔１６ａを囲むように６ｍｍ幅の溝部１６ｅが形成された場合を示す。

これに対して、図１８Ｄに示すように、比較例１としてのシミュレーションモデル例４は、誘電体部材１６の、溝部１６ｅが形成されていない場合を示す。

なお、シミュレーションモデル例１〜４のシミュレーション条件は、いずれも投入口から投入されるマイクロ波の電力を３０００（Ｗ）とした。

図１９は、第３の実施形態に係るプラズマ処理装置による効果（誘電体部材の貫通孔付近の形状に応じた電界強度のシミュレーション結果）について示す図である。図１９では、図１８Ａ〜図１８Ｃで示される実施例１〜３、及び図１８Ｄで示される比較例１におけるシミュレーション結果を示した。図１９において、「ＳＴＤ」は、比較例１におけるシミュレーション結果である。また、「２ｍｍ幅」は、実施例１におけるシミュレーション結果であり、「４ｍｍ幅」は、実施例２におけるシミュレーション結果であり、「６ｍｍ幅」は、実施例３におけるシミュレーション結果である。なお、図１５において、縦軸は、比較例１と実施例１〜３の各々との誘電体部材１６の貫通孔１６ａの電界強度の比、換言すれば、比較例１の貫通孔１６ａの電界強度を１とした場合の実施例１〜３の各々の貫通孔１６ａの電界強度を示している。

図１９に示すように、誘電体部材１６の、処理空間Ｓを密閉する面に誘電体部材１６の貫通孔１６ａを囲むように溝部１６ｅが形成された実施例１〜３では、溝部１６ｅが形成されない比較例１と比較して、誘電体部材１６の貫通孔１６ａの電界強度が小さくなった。また、溝部１６ｅの幅が広がるほど、誘電体部材１６の貫通孔１６ａの電界強度が小さくなった。

以上説明してきたように、第３の実施形態のプラズマ処理装置によれば、誘電体部材１６の、処理空間Ｓを密閉する面に、誘電体部材１６の貫通孔１６ａを囲むように溝部１６ｅが形成されるので、溝部１６ｅにおける電界強度を増大させることができる。このため、溝部１６ｅでは、プラズマの発生が促進され、結果として、溝部１６ｅで発生したプラズマによって、貫通孔１６ａに向けて誘電体部材１６の内部を伝搬するマイクロ波が遮断される。その結果、第３の実施形態によれば、プラズマ化される処理ガスを供給するための経路となる誘電体部材１６の貫通孔１６ａの電界強度を効率良く低減することができるので、貫通孔１６ａにおける異常放電の発生をより安定的に回避することができる。

以上、種々の実施形態について説明したが、本発明の思想は、種々の変形態様を構成し得る。例えば、上述したプラズマ処理装置１０は、プラズマ源としてラジアルラインスロットアンテナから供給されるマイクロ波を用いるプラズマ処理装置であるが、他のタイプのプラズマ処理装置にも本発明の思想を適用し得る。例えば、ＳＷＰ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ、表面波プラズマ）型のプラズマ処理装置における誘電体窓内に上述したインジェクタ及び導波板が用いられてもよい。また、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ、電子サイクロトン共鳴）型のプラズマ処理装置における誘電体窓内に上述したインジェクタ及び導波板が用いられてもよい。

また、上述の説明では、導波板２３をインジェクタ２２の内部に複数配置し、かつ、各導波板２３を軸線Ｘを中心軸とする略円筒状に連続的に形成した実施形態を一例として示したが、これには限られない。以下、導波板２３の変形例について説明する。図１１は、変形例に係る導波板を含んだインジェクタを軸線Ｘ方向から見た平面図である。

図１１に示すように、導波板２３０は、誘電体部材１６の貫通孔１６ａから離れる方向、換言すれば、円板状のインジェクタ２２の径方向に沿ってインジェクタ２２の内部に複数配置される。なお、導波板２３０は、説明の便宜上、インジェクタ２２の径方向に沿って最も内側に配置されたものを導波板２３０−１とする。また、導波板２３０は、インジェクタ２２の径方向に沿って最も外側に配置されたものを導波板２３０−３とする。また、導波板２３０は、導波板２３０−１と導波板２３０−２との中間に配置されたものを導波板２３０−２とする。また、導波板２３０−１〜２３０−３を特に区別しない場合には、単に導波板２３０という。

各導波板２３０は、誘電体部材１６の貫通孔１６ａの周囲を周回する方向、換言すれば、円板状のインジェクタ２２の円周方向に沿って所定の間隙を空けて互いに隣接する複数の断片２３０ａを含む。各断片２３０ａは、他の導波板２３０に含まれる他の断片２３０ａどうしの間隙を遮蔽する位置に配置される。例えば、導波板２３０−１に含まれる断片２３０ａは、導波板２３０−２に含まれる断片２３０ａどうしの間隙を遮蔽する位置に配置される。また、導波板２３０−２に含まれる断片２３０ａは、導波板２３０−３に含まれる断片２３０ａどうしの間隙を遮蔽する位置に配置される。このように、変形例に係る導波板２３０は、略円筒状に連続的に形成されるのではなく、円板状のインジェクタ２２の円周方向に沿って複数の断片２３０ａを配置する。

変形例の導波板２３０によれば、インジェクタ２２の円周方向に沿って複数の断片２３０ａを配置することにより、インジェクタ２２の円周方向に沿って誘電体部材１６の内部を伝搬するマイクロ波を局所的にインジェクタ２２の内部側へ導波することができる。このため、変形例の導波板２３０によれば、誘電体部材１６の貫通孔１６ａへ到達するマイクロ波の増大を抑えることができる。その結果、変形例の導波板２３０によれば、プラズマ化される処理ガスを供給するための経路となる誘電体部材１６の貫通孔１６ａの電界強度をより一層低減することができるので、貫通孔１６ａにおいて異常放電が起こることを効率的に防止することができる。

また、上記第１の実施形態及び第２の実施形態では、インジェクタ２２に導波板２３を設ける例を示したが、これに限られない。導波板２３と誘電体部材１６とが一体的に形成されても良い。この場合、インジェクタ２２から誘電体部材１６の溝部１６ｉ側に露出された、導波板２３の一端面と、誘電体部材１６の溝部１６ｉとが連接されるように、導波板２３と誘電体部材１６とが一体的に形成される。

また、上記第２の実施形態では、複数の導波板２３のうち少なくとも一つの導波板が、該少なくとも一つの導波板に隣接する他の導波板とは高さが異なる例を示したが、これには限られない。例えば、複数の導波板２３のうち少なくとも一つの導波板２３は、該少なくとも一つの導波板２３に隣接する他の導波板２３とは厚みが異なることとしても良い。また、例えば、複数の導波板２３のうち少なくとも一対の導波板２３は、該少なくとも一対の導波板２３に隣接する他の一対の導波板２３とは間隔が異なることとしても良い。

また、上記第３の実施形態では、インジェクタ２２の内部に誘電体製の導波板２３が配置され、かつ、誘電体部材１６の処理空間Ｓを密閉する面に溝部１６ｅが形成される例を示したが、これには限られない。例えば、インジェクタ２２の内部に誘電体製の導波板２３が配置されなくても良い。以下、第３の実施形態の変形例１について説明する。図２０は、第３の実施形態の変形例１に係るインジェクタ及び誘電体部材の貫通孔を拡大して示す断面図である。

図２０に示すように、第３の実施形態の変形例１では、第３の実施形態と同様に、誘電体部材１６が、誘電体部材１６の、処理空間Ｓを密閉する面に、誘電体部材１６の貫通孔１６ａを囲むように形成された環状の溝部１６ｅを有する。しかしながら、第３の実施形態の変形例１では、インジェクタ２２の内部に誘電体製の導波板２３が配置されない。

第３の実施形態の変形例１によれば、第３の実施形態と同様に、プラズマ化される処理ガスを供給するための経路となる誘電体部材１６の貫通孔１６ａの電界強度を効率良く低減することができるので、貫通孔１６ａにおける異常放電の発生をより安定的に回避することができる。

また、上記第３の実施形態の変形例１では、誘電体部材１６が１つの誘電体により形成される例を示したが、これには限られない。例えば、誘電体部材１６の本体と、貫通孔１６ａが形成される部材とが別部材として構成されても良い。以下、第３の実施形態の変形例２について説明する。図２１は、第３の実施形態の変形例２に係るインジェクタ及び誘電体部材の貫通孔を拡大して示す断面図である。

図２１に示す誘電体部材１６において、貫通孔１６ａは、誘電体部材１６に着脱自在に取り付けられ、誘電体部材１６の一部となる誘電体製の部材１６ｆに形成される。

第３の実施形態の変形例１によれば、貫通孔１６ａにおける異常放電の発生を回避するとともに、貫通孔１６ａが形成された部材１６ｆを容易に交換可能となる。

１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１４…ステージ、１６…誘電体部材、１６ａ…貫通孔、１６ｄ…凹部、１６ｅ…溝部、１６ｆ…部材、１６ｉ…溝部、１６ｓ…収容凹部、１８アンテナ、２０…同軸導波管、２２…インジェクタ、２２ａ…本体部、２２ｂ…隆起部、２２ｃ…貫通孔、２３，２３０…導波板、２３０ａ…断片、２４…配管部材、３０…マイクロ波発生器、３２…導波管、３４…モード変換器、３６…冷却ジャケット、４０…ガス供給系、４２…ガス供給部、４４…ガス供給系、Ｓ…処理空間、Ｗ…被処理基体。

Claims (12)

1. 処理空間を画成する処理容器と、
   プラズマ励起用のマイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、
   前記処理空間を密閉するように前記処理容器に装着され、前記マイクロ波発生器によって発生されるマイクロ波を前記処理空間に導入する誘電体部材と、
   前記誘電体部材の内部に設けられ、前記マイクロ波によりプラズマ化される処理ガスを前記誘電体部材に形成された貫通孔を介して前記処理空間に供給するインジェクタと、
   前記誘電体部材の前記貫通孔を囲むように前記インジェクタの内部に配置され、前記貫通孔に向けて前記誘電体部材の内部を伝搬する前記マイクロ波を前記インジェクタの内部側に導波する誘電体製の導波板と
   を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記誘電体部材は、前記誘電体部材の前記処理空間を密閉する面と反対側の面に形成され、前記インジェクタが収容される収容凹部と、前記収容凹部と前記処理空間とを連通させる前記貫通孔と、前記貫通孔を囲むように前記収容凹部に形成された第１の溝部とを有し、
   前記インジェクタは、前記誘電体部材の前記貫通孔に前記処理ガスを供給する貫通孔が形成された本体部と、前記本体部から前記誘電体部材の前記第１の溝部に向けて隆起する隆起部とを有し、
   前記導波板は、前記インジェクタの前記隆起部に埋設されることによって、前記誘電体部材の前記貫通孔を囲むように前記インジェクタの内部に配置される
   ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記誘電体部材は、前記誘電体部材の前記処理空間を密閉する面に、前記誘電体部材の前記貫通孔を囲むように形成された第２の溝部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記導波板は、前記誘電体部材の前記貫通孔から離れる方向に沿って前記インジェクタの内部に複数配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
5. 複数の前記導波板のうち少なくとも一つの導波板は、該少なくとも一つの導波板に隣接する他の導波板とは高さが異なることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置。
6. 複数の前記導波板のうち少なくとも一つの導波板は、該少なくとも一つの導波板に隣接する他の導波板とは厚みが異なることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置。
7. 複数の前記導波板のうち少なくとも一対の導波板は、該少なくとも一対の導波板に隣接する他の一対の導波板とは間隔が異なることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置。
8. 各前記導波板は、前記誘電体部材の前記貫通孔の周囲を周回する方向に沿って所定の間隙を空けて互いに隣接する複数の断片を含み、
   各前記断片は、他の前記導波板に含まれる前記断片どうしの間隙を遮蔽する位置に配置されることを特徴とする請求項３〜７のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
9. 前記導波板の内部を伝搬する前記マイクロ波の波長をλとすると、
   前記導波板の高さは、λ／４であることを特徴とする請求項１〜４、６〜８のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
10. 前記導波板の内部を伝搬する前記マイクロ波の波長をλとすると、
    前記導波板の厚みは、λ／８以上λ／４以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
11. 処理空間を画成する処理容器と、
    プラズマ励起用のマイクロ波を発生するマイクロ波発生器と、
    前記処理空間を密閉するように前記処理容器に装着され、前記マイクロ波発生器によって発生されるマイクロ波を前記処理空間に導入する誘電体部材と、
    前記誘電体部材の内部に設けられ、前記マイクロ波によりプラズマ化される処理ガスを前記誘電体部材に形成された貫通孔を介して前記処理空間に供給するインジェクタと
    を備え、
    前記誘電体部材は、前記誘電体部材の前記処理空間を密閉する面に、前記誘電体部材の前記貫通孔を囲むように形成された溝部を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
12. 前記貫通孔は、前記誘電体部材に着脱自在に取り付けられ、前記誘電体部材の一部となる誘電体製の部材に形成されることを特徴とする請求項１１に記載のプラズマ処理装置。

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